Лабораторная работа №3 система связи с временным разделением каналов.

Цель работы: Изучить принципы построения систем связи с временным разделением каналов.

Задачи работы:

1. Изучить структуру и функции основных узлов системы с временным разделением каналов для передачи непрерывных сообщений.

2. Изучить основные положения временного разделения каналов и их реализацию в системах связи.

3. Исследовать принципы временной дискретизации сигналов, определяемые теоремой В.А. Котельникова.

ВВЕДЕНИЕ.

Временное разделение каналов применяется достаточно часто при создании систем связи. На основе временного разделения реализуются системы многоканальной цифровой телефонной связи, системы спутниковой связи и телевидения. Для обеспечения возможности одновременной работы нескольких каналов по одной линии связи необходимо выполнить условия независимости их работы, исключения влияния друг на друга, что составляет задачу разделения каналов. Основой временного разделения каналов являются следующие положения:

- Каждый из передатчиков формирует и выдает в среду распространения сигналы только в отведенные для него интервалы времени не перекрывающиеся с интервалами, отведенными для других передатчиков;

- Каждый из приемников имеет средства выделения интервалов передачи, а, следовательно, и сигналов только нужного передатчика и подавления сигналов других. (Для этого в составе системы должны быть средства, обеспечивающие синхронную работу передатчиков и приемников, поочередно предоставляющие среду распространения в их распоряжение и средства восстановления сообщений из квантованных по времени сигналов – интерполирующие фильтры);

-Дискретизация сигналов представляющих сообщения осуществляется с соблюдением требований теоремы В.А.Котельникова;

-Среда распространения сигналов обладает достаточной широкополосностью и линейностью с тем, чтобы передаваемые импульсные сигналы не были искажены.

Данная работа направлена на изучение реализации этих положений на примере простейшей системы связи, моделируемой средствами пакета System View.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования в данной работе является модель трехканальной системы связи (см. рис. 3.1). Сообщения в модели представлены гармоническим колебанием, частота которого изменяется линейно в интервале (см. рис. 3.2).

Рисунок 3.1. – Структурная схема модели трехканальной системы связи.

В первом приближении можно считать, что спектр такого колебания сосредоточен в полосе .

Необходимой процедурой обработки сигналов при временном разделении является временная дискретизация, в результате которой непрерывная временная реализация заменяется отсчетами, следующими с заданным интервалом. Для восстановления исходной формы непрерывного колебания по дискретным отсчетам необходимо, чтобы за период его изменения было сделано достаточно большое количество отсчетов, т.е. интервал дискретизации был достаточно мал. Условия, при которых возможно восстановление непрерывного колебания, определяются теоремой Котельникова. Наименьшее число отчетов за период требуется для восстановления гармонического колебания, и оно равно двум.

Рисунок 3.2. – Реализация колебания с линейно изменяющейся частотой.

Дискретные отсчеты, формируемые передатчиками, последовательно перемежаясь, передаются в линию связи, и таким образом формируется новая результирующая (линейная) последовательность. На приемной стороне приемники воспринимают только предназначенные им отсчеты. Это обеспечивается синхронной и синфазной работой ключей дискретизаторов передатчиков и соответствующих ключей – клапанов приемников. В качестве таких ключей используются перемножители. На один вход перемножителя поступает обрабатываемый сигнал, на второй – сигнал от импульсного генератора тактирования. Импульсы тактирования могут принимать только два уровня – единичный и нулевой.

Модули передатчиков, входящие в состав модели системы, представлены в левой части рисунка, а приемников – в правой части. Работа приемников и передатчиков синхронизирована общими для каждой пары приемник-передатчик генераторами импульсов тактирования и управляемых ими ключами-коммутаторами на передающей и приемной сторонах. Тактовые генераторы работают также синхронно и синфазно. Фазовый сдвиг между импульсами формируемых ими последовательностей составляет 120⁰.

Среда распространения – линия связи, представлена сумматором сигналов в центральной части рисунка. Если линия связи вносит запаздывание или искажает форму импульсных сигналов (например, затягивая их на интервалы смежных отсчетов) работа системы связи ухудшается и может быть нарушена полностью.

Задачи данной лабораторной работы реализуются путем анализа сигналов в различных точках системы, их сопоставления и оценки как во временной, так и в частотной областях.

ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1. Загрузите исполняющий файл модели Lab_3.svu.

Дополните предлагаемую трехканальную систему еще одним каналом связи, для чего в модель необходимо добавить блоки, отображающие непрерывное сообщение четвертого источника, источник синхронизирующей импульсной последовательности. Опишите, какие изменения необходимо дополнительно внести в параметры блоков модели и настройки системного времени. Параметры передаваемого сообщения (начальная частота f_н, Гц, конечная частота f_к, Гц, период повторения T, с приведены в таблице вариантов, см. табл. 3.1). Запишите параметры модулей и параметры системного времени.

2. Запустите модель на цикл моделирования. Получите графики исходных сообщений. (Sink 20, 21, 22) и оцените их параметры (амплитуды и длительности).

3. Получите графики принятых сообщений на выходах приемников (Sink 5, 18, 19) и сравните их с передаваемыми (Sink 20, 21, 22).Сделайте выводы относительно возможности восстановления передаваемых сообщений на приемной стороне.

4.Получите графики сигналов синхронизации (выходы модулей 2, 12, 13) и оценить их параметры. Для этого следует установить на выходах указанных модулей регистраторы сигналов и повторно запустить модель на цикл моделирования. Соответствуют ли эти сигналы условиям временного разделения каналов? При выполнении пунктов 4, 5 с целью улучшения разрешения следует использовать изменение масштаба времени, рекомендуемый диапазон представления сигнала 0…0,005 с.

5.Получите график сигнала в линии связи и его спектр (Sink 11). Оцените ширину спектра сигнала на уровне -20дБ относительно его максимального уровня.

6.Сделайте фазу следования импульсов генератора четвертого передатчика совпадающей с фазой генератора первого (модуль 2). Запустите модель на цикл моделирования и выполните п. 3 “Хода выполнения работы”. Возможно ли восстановление передаваемых сообщений в этом случае? Объяснить причину наблюдаемых явлений.

7.Восстановите исходные значения фазы тактовых генераторов. Измените частоту следования импульсов всех тактовых генераторов (модули 2, 12, 13), сделав ее равной 9000 Гц. Запустите модель на цикл моделирования и выполните п. 3. Возможно ли восстановление передаваемых сообщений в этом случае? Объяснить причину наблюдаемых явлений.